The Effects of Laboratory Practices Based on Scientific Process Skills on Prospective Science Teachers' Conceptual Understanding: The Example of Buoyancy Force

Abstract

The aim of this study was to examine the effect of laboratory practices based on science process skills on prospective science teachers' conceptual understanding of the buoyancy force. This study was carried out according to pre- experimental method with a single experimental group pretest-posttest, one of the experimental research methods. The sample of this study consisted of 34 prospective science teachers (Nfemale = 22; Nmale = 12) studying in the third grade of science teaching at the education faculty of a university in the Eastern Black Sea Region. Concept cartoons and concept maps were used as data collection tools. Concept cartoons were prepared by the researchers for determining prospective science teachers’ misconceptions about buoyancy force and the concept maps were drawn by the prospective science teachers. Concept cartoons were applied to prospective science teachers before and after laboratory practices based on science process skills, and they were asked to draw a concept map related to buoyancy force. While the data obtained from the concept cartoons were analyzed descriptively, the data obtained from the concept map were analyzed through content analysis. To ensure the validity of the data, the researchers encoded the data by reading the data over and over and discussing it together. In addition, quotations from the statements and drawings of the prospective science teachers were presented. In the study, it was concluded that laboratory practices based on science process skills had a positive effect on prospective science teachers' conceptual understanding of the buoyancy force.

Keywords

• Science Process Skills
• Buoyancy Force
• Conceptual Understanding
• Concept Cartoon
• Concept Map.

Bilimsel Süreç Becerilerine Dayalı Laboratuvar Uygulamalarının Öğretmen Adaylarının Kavramsal Anlamalarına Etkisi: Kaldırma Kuvveti Örneği

Abstract

Bu çalışmanın amacı, fen bilgisi öğretmen adaylarının kaldırma kuvveti kavramını anlamalarına bilimsel süreç becerilerine dayalı laboratuvar uygulamalarının etkisini incelemektir. Araştırma deneysel araştırma yöntemlerinden ön test- son test tek deney gruplu zayıf deneysel desene göre yürütülmüştür. Araştırmanın örneklemini Doğu Karadeniz Bölgesi’ndeki bir üniversitenin eğitim fakültesinde fen bilgisi öğretmenliği 3. sınıfta öğrenim gören toplam 34 öğretmen adayı (Nkadın =22, Nerkek =12) oluşturmaktadır. Araştırmada veri toplamak için kaldırma kuvveti ile ilgili kavram yanılgılarına yönelik olarak araştırmacılar tarafından hazırlanan kavram karikatürleri ve öğretmen adaylarının kaldırma kuvvetine yönelik çizdikleri kavram haritaları kullanılmıştır. Bilimsel süreç becerilerine dayalı laboratuvar uygulamalarından önce ve sonra olmak üzere öğretmen adaylarına kavram karikatürleri uygulanmış ve öğretmen adaylarından kaldırma kuvveti ile ilgili kavram haritası çizmeleri istenmiştir. Kavram karikatürlerinden elde edilen veriler betimsel olarak analiz edilirken, kavram haritasından elde edilen veriler içeriksel olarak analiz edilmiştir. Verilerin geçerliğini sağlamak için araştırmacılar verileri defalarca okuyup birlikte tartışarak verileri kodlamışlardır. Ayrıca öğretmen adaylarının ifadelerinden ve çizimlerinden alıntılar sunulmuştur. Araştırmada bilimsel süreç becerilerine dayalı laboratuvar uygulamalarının öğretmen adaylarının kaldırma kuvveti kavramını anlamalarına olumlu yönde etki ettiği sonucuna ulaşılmıştır.

Keywords

• Bilimsel Süreç Becerileri
• Kaldırma Kuvveti
• Kavramsal Anlama
• Kavram Karikatürü
• Kavram Haritası.

References

1. Aktamış, H. & Ergin, Ö. (2007). Bilimsel süreç becerileri ile bilimsel yaratıcılık arasındaki ilişkinin belirlenmesi. Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi (H. U. Journal of Education), 33: 11-23.
2. Aktamış, H. (2007). Fen eğitiminde bilimsel süreç becerilerinin bilimsel yaratıcılığa etkisi: İlköğretim 7. sınıf fizik ünitesi örneği [The effects of scientific process skills on scientific creativity: the example of primary school seventh grade physics]. (Doktora Tezi). Dokuz Eylül Üniversitesi, Eğitim Bilimleri Enstitüsü, İzmir.
3. Ambarsari, W., Santosa, S.,& Maridi. (2013). Penerapan pembelajaran ınkuiri terbimbing terhadap keterampilan proses sains dasar pada pembelajaran biologi siswa kelas VIII SMP Negeri 7 surakarta. Jurnal Pendidikan Biologi,5(1): 81-95.
4. Ambross, J. Meiring, L. & Blignaut, S. (2014) The implementation and development of science process skills in the natural sciences: A case study of teachers' perceptions, Africa Education Review, 11:3, 459-474, DOI: 10.1080/18146627.2014.934998
5. Arıkurt, E. (2014). Kavram karikatürlerinin ve kavramsal değişim metinlerinin ortaokul 7. sınıf öğrencilerinin başarılarına, kavramsal değişimlerine ve tutumlarına etkisinin karşılaştırılması. (Yüksek Lisans Tezi). Giresun Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Giresun.
6. Aykutlu, I., & Şen, A. İ. (2012). Üç Aşamalı Test, Kavram Haritası ve Analoji Kullanılarak Lise Öğrencilerinin Elektrik Akımı Konusundaki Kavram Yanılgılarının Belirlenmesi. Eğitim ve Bilim, 37(166), 275-288.
7. Baltacı, A. (2017). Nitel veri analizinde Miles-Huberman modeli. Ahi Evran Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, 3(1), 1-14.
8. Besson, U. (2004). Some features of causal reasoning: Common sense and physic teaching. Research in Science & Technological Education, 22(1), 113- 125.

9. Butts, D. P., Hofman, H., & Anderson, M. (1993). Is hands-on experience enough? A study of young children’s views of sinking and floating objects. Journal of Elementary Science Education, 5(1), 50-64.
10. Büyüköztürk, Ş. (2012). Sosyal bilimler için veri analizi el kitabı istatistik, araştırma deseni SPSS uygulamaları ve yorum. (17. Basım). Ankara: Pegem A Akademi Yayınları.
11. Cohen, L., Manion, L. & Morrison, K. (2000). Research methods in education. 5th Edition, Routledge/Falmer, Taylor & Francis Group, London.
12. Colley, K. E., (2006), Understanding ecology content knowledge and acquiring science process skills through project-based science instruction, Science Activities, 43(1), 26-33
13. Coştu, B., Ünal, S. & Ayas A. (2007). Günlük yaşamdaki olayların fen bilimleri öğretiminde kullanılması. Ahi Evran Üniversitesi Kırşehir Eğitim Fakültesi Dergisi, 8(1), 197-207.
14. Cotabish, A., Dailey, D., Robinson, A., & Hughes, G. (2013). The effects of a STEM intervention on elementary students' science knowledge and skills. School Science and Mathematics, 113(5), 215-226.
15. Çepni, S., Şahin, Ç., & İpek, H. (2010). Teaching floating and sinking concepts with different methods and techniques based on the 5E instructional model. Asia-Pacific Forum on Science Learning and Teaching, 11(2).
16. Duschl, R. A., Schweingruber, H. A., & Shouse, A. W. (Eds.). (2007). Taking science to school: Learning and teaching science in grades K-8 (Vol. 500). Washington, DC: National Academies Press.
17. Eroğlu, G. M., & Kelecioğlu, H. (2011). Kavram haritası ve yapılandırılmış gridle elde edilen puanların geçerlik ve güvenirliklerinin incelenmesi. Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 40(40), 210-220.
18. Evren Yapıcıoğlu, A. (2021). Analysis of the outcomes of the Turkish science curriculum in terms of science process skills, nature of science, socioscientific issues, and STEM. International Journal of Curriculum and Instruction, 13(2), 925–949.
19. Farsakoğlu, Ö. F., Şahin, Ç., & Karslı, F. (2012). Comparing science process skills of prospective science teachers: A cross-sectional study. Asia-Pacific Forum on Science Learning and Teaching, 13(1), 1-21.
20. Güneş, B. (2002). Yedinci sınıflarda kaldırma kuvveti kavramı geliştirmede ve öğretmede çoklu zekâ temelli öğretim teknikleri uygulaması. (Yayınlanmamış Yüksek Lisans Tezi). Ortadoğu Teknik Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü, Ankara.
21. Hardy, I., Jonen, A., Möller ve Stern, E., (2006). Effect of Instructional Support within Construvtivist Learning Environments for Elemantary School Students’ Understanding of “Floating and Sinking”. Journal of Educational Psychology, 98(2), 307- 326.
22. Havu-Nuutinen, S. (2005). Examining young childrens’ conceptual change process in floating and sinking from a social constructivist perspective. International Journal of Science Education, 27(3), 259-279.
23. Hofstein, A., & Lunetta, V. N. (2004). The laboratory in science education: Foundations for the twenty‐first century. Science Education, 88(1), 28-54.
24. Joung, Y. J., (2009). Children's typically-perceived-situations of floating and sinking, International Journal of Science Education, 31(1), 101- 127.
25. Kabapınar, F. (2005). Effectiveness of teaching via concept cartoons from the point of view of constructivist approach. Kuram ve Uygulamada Eğitim Bilimleri Dergisi, 5(1), 135-146.
26. Karaçam, S. & Gürsel, Ü. (2017). Lise öğrencilerinin sıvılarda kaldırma kuvveti kavramına yönelik görsel imgeleri ve imgenin kökenleri. Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 1(41), 326-345.
27. Karamustafaoğlu, O. & Aksoy, S. (2020). “Canlıların sınıflandırılması” konusunda geliştirilen eğitsel oyunla ilgili öğretmen görüşleri. Academia Eğitim Araştırmaları Dergisi, 5(1), 90-109.
28. Karslı, F. (2011). Fen bilgisi öğretmen adaylarının bilimsel süreç becerilerini geliştirmesinde ve kavramsal değişim sağlamasında zenginleştirilmiş laboratuar rehber materyallerinin etkisi [The effect of enriched laboratory guide materials on improving science process skills and conceptual change of prospective science teachers]. (Doktora tezi). Karadeniz Teknik Üniversitesi, Eğitim Bilimleri Enstitüsü, Trabzon.
29. Karslı-Baydere, F. (2017). Kavram Haritası. (Ed. Zeynep TATLI). Kavram Öğretiminde Web 2.0. (2. Baskı). Ankara: Pegem Akademi, 68-84.
30. Karslı-Baydere, F. (2017). Kimya öğretiminde alternatif ölçme değerlendirme tekniklerinin kullanımı. (Ed. Alipaşa AYAS ve Mustafa SÖZBİLİR). Kimya öğretimi: öğretmen eğitimcileri, öğretmenler ve öğretmen adayları için iyi uygulama örnekleri (2. Baskı). Ankara: Pegem Akademi, 723-750.
31. Karslı-Baydere, F., Ayas, A., & Çalik, M. (2020). Effects of a 5Es learning model on the conceptual understanding and science process skills of pre-service science teachers: The case of gases and gas laws. Journal of the Serbian Chemical Society, 85(4), 559-573.
32. Keogh, B. & Naylor, S., (1999). Concept cartoons, teaching and learning in science: An evaluation. INT. J. SCI. EDUC., 21(4), 431- 446.
33. Keogh, B., Naylor, S., & Downing, B. (2003). Children’s interactions in the classroom: argumentation in primary science. Noordwijkerhout, Netherlands: 4th European Science Education Research Association Conference.
34. Kiray, S. A., Aktan, F., Kaynar, H., Kilinc, S., & Gorkemli, T. (2015). A descriptive study of pre-service science teachers' misconceptions about sinking–floating. Asia-Pacific Forum on Science Learning and Teaching, 16(2), 1-28.
35. Loverude, M. E., Kautz, C. H., & Heron, P. R. L. (2003). Helping students develop an understanding of archimedes' principle. I. Research on student understanding. American Journal of Physics, 71(11), 1178-1187.
36. Macaroğlu Akgül, E. ve Şentürk, K., (2001). Çocukta “yüzme ve batma” kavramlarının gelişimi. Yeni Binyılın Başında Türkiye’de Fen Bilimleri Eğitimi Sempozyumu, Eylül, İstanbul, Maltepe Üniversitesi Bildiriler Kitabı: 505- 508.
37. McGregor, D. & Gunter, B. (2006). Invigorating pedagogic change. suggestions from findings of the development of secondary science teachers’ practice and cognisance of the learning process. European Journal of Teacher Education, 29(1), 23- 48.
38. Metz, K. E. (2008). Narrowing the gulf between the practices of science and the elementary school science classroom. The Elementary School Journal, 109(2), 138–161.
39. Michaels, S., Shouse, A. W., & Schweingruber, H. A. (2008). Ready, set science! Putting research to work in K-8 science classrooms. Washington, DC: The National Academies Press
40. Minogue, J., & Borland, D. (2016). Investigating students’ ideas about buoyancy and the influence of haptic feedback. Journal of Science Education and Technology, 25, 187-202.
41. Moore, T. & Harrison, A., (2007). Floating and sinking: Everyday science in middle school. 1-14. http://www.aare.edu.au/04pap/moo04323.pdf , 9 Aralık 2007.
42. Özkan, G., & Sezgin-Selçuk, G. (2015). Effect of technology enhanced conceptual change texts on students’ understanding of buoyant force. Universal Journal of Educational Research, 3(12), 981-988.
43. Özmen, H. (2019). Deneysel Araştırma Yöntemi (Ed. Haluk Özmen ve Orhan Karamustafaoğlu, 2019). Eğitimde araştırma yöntemleri. Ankara: Pegem Yayınları.
44. Özsevgeç, T., & Çepni, S. (2006). Farklı sınıflardaki öğrencilerin yüzme ve batma kavramlarını anlama düzeyleri. Milli Eğitim Dergisi, 172, 297-311.
45. Potvin, P., & Cyr, G. (2017). Toward a durable prevalence of scientific conceptions: Tracking the effects of two interfering misconceptions about buoyancy from preschoolers to science teachers. Journal of Research in Science Teaching, 54(9), 1121-1142.
46. Preece, P. F., & Brotherton, P. N. (1997) Teaching science process skills: long‐term effects on science achievement. International Journal of Science Education, 19(8), 895-901, DOI: 10.1080/0950069970190803.
47. Reid, D., J., Zhang, J. & Chen, Q., (2003). Supporting for scientific discovery learning in simulation environment. Journal of Computer Assisted Learning, 19, 9-20.
48. Rowell, J. A. & Dawson, C. J., (1977). Teaching about floating and sinking: An attempt to link cognitive psychology with classroom practice, Science Education, 61(2), 245–253.
49. Scharmann, L. C. (1989). Developmental influences of science process skill instruction. Journal of Research in Science Teaching, 26(8), 715-726.
50. Serttaş, S. & Yenilmez Türkoğlu, A. (2020). Diagnosing students’ misconceptions of astronomy through concept cartoons. Participatory Educational Research (PER), 7(2), 164-182, http://dx.doi.org/10.17275/per.20.27.7.2.
51. She, H. C., (2002). Concepts of a higher hierarchical level require more dual situated learning events for conceptual change; A study of air pressure and buoyancy, International Journal of Science Education, 24(9), 981- 996.
52. Smith, C., Carey, S., & Wiser, M. (1985). On differentiation: A case study of the development of the concepts of size, weight, and density. Cognition, 21(3), 177–237.
53. Sukarno, Permanasari, A., Hamidah, I., & Widodo, A. (2013). The analysis of science teacher barriers in ımplementing of science process skills (SPS) teaching aproach at junior high school and it’s solutions. Journal Education and Practice, 4(27), 185-190.
54. Şahin, C. (2010). İlkogretim 8. sınıf “kuvvet ve hareket” ünitesinde “zenginleştirilmiş 5E öğretim modeli”ne göre rehber materyaller tasarlanması, uygulanması ve değerlendirilmesi. (Yayınlanmamış Doktora Tezi). Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon.
55. Şahin, Ç. & Çepni, S. (2012). Effect of different teaching methods and techniques embedded in the 5E instructional model on students' learning about buoyancy force. Eurasian J. Phys. Chem. Educ., 4(2), 97-127.
56. Şahin, Ç. & Çepni, S. (2020). Developing of the Concept Cartoon, Animation and Diagnostic Branched Tree Supported Conceptual Change Text: “Gas Pressure”. International Journal of Physics & Chemistry Education, 3(SI), 25-33. Retrieved from http://www.ijpce.org/index.php/IJPCE/article/view/112.
57. Şahin, Ç. (2015). Kaldırma Kuvveti (Ed. Fethiye KARSLI ve Çiğdem ŞAHİN). Fen Öğretimi Laboratuvar Uygulamaları I- II Bilimsel Süreç Becerilerini Geliştirmeye ve Kavramsal Öğrenmeye Katkı Sağlayabilecek Deneyler. Ankara: Pegem Akademi.
58. Taylor, D., Rogers, A. L., & Veal, W. R. (2009). Using self-reflection to increase science process skills in the general chemistry laboratory. Journal of Chemical Education, 86(3), 393.
59. Ünal, S. (2008). Changing students’ misconceptions of floating and sinking using hands-on activities. Journal of Baltic Science Education, 7(3), 134-146.
60. Ünal, S., & Coştu, B. (2005). Problematic issue for students: Does it sink or float? Asia-Pacific Forum on Science Learning and Teaching, 6(1).
61. Vartak, R. Ronad, A. & Ghanekar, V. (2013) Enzyme assay: An investigative approach to enhance science process skills, Journal of Biological Education, 47(4), 253-257, DOI: 10.1080/00219266.2013.801871.
62. Wilke, R. R., & Straits, W. J. (2005). Practical advice for teaching inquiry-based science process skills in the biological sciences. The American Biology Teacher, 67(9), 534-540.
63. Yaşar, Ş. & Baran, M. (2020). Oyunlarla desteklenmiş TGA (Tahmin Et-Gözle -Açıkla) yöntemine dayalı etkinliklerin 10.sınıf öğrencilerinin fizik başarısına etkisi. Marmara Üniversitesi Atatürk Eğitim Fakültesi Eğitim Bilimleri Dergisi, 52(52), 420-441. DOI: 10.15285/maruaebd.651074.
64. Yavuz, G. (2007). Yapılandırmacılığa dayalı öğretimin ilköğretim 7. sınıf sıvıların kaldırma kuvveti konusunda öğrencilerin başarılarına etkisi. (Yayınlanmamış Yüksek Lisans Tezi). Balıkesir Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, Balıkesir.
65. Yıldırım, A. (2012). Rehberli sorgulama deneylerinin bilimsel süreç becerilerinin kazandırılmasına, başarıya ve kavramsal değişime etkisi. (Yayınlanmamış Yüksek Lisans Tezi). Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
66. Yildirim, M., Çalik, M., & Özmen, H. (2016). A meta-synthesis of Turkish studies in science process skills. International Journal of Environmental and Science Education, 11(14), 6518-6539.
67. Yildiz, C., & Yildiz, T. G. (2021). Exploring the relationship between creative thinking and scientific process skills of preschool children. Thinking Skills and Creativity, 39, 100795.
68. Yin, Y., Tomita, M. K., & Shavelson, R.J. (2008). Diagnosing and dealing with student misconceptions: Floating and sinking. Science Scope, 31(8), 34-39.
69. Zhang, J., Chen, Q., Sun, Y. ve Reid, D., J., (2004). Triple scheme of learning support design for scientific discovery learning based on computer simulation: Experimental research, Journal of Computer Assisted Learning, 20, 269- 282.